Die Erfindung bezieht sich auf ein Augenrefraktometer und ein Verfahren
zum Betrieb eines Augenrefraktometers nach dem Oberbegriff der
unabhängigen Hauptansprüche.
Derartige Augenrefraktometer sind aus dem Stand der Technik bekannt
und dienen der objektiven Brechkraftbestimmung des Auges. Die Augenrefraktometrie
ist wesentliche Grundlage der Früherkennung von Augenfehlern
sowie der Herstellung von Brillen.
Das menschliche Auge arbeitet durch die Erfassung und Fokussierung
von Lichtstrahlen. Die Lichtstrahlen werden bei ihrem Durchlauf durch
die Hornhaut, das Kammerwasser, die Linse und den Glaskörper fokussiert.
Idealerweise liegt der Fokuspunkt des Lichtes nach dem Durchlaufen
dieser Komponenten auf der Netzhaut, so dass auf der Netzhaut ein
konturscharfes Bild der Umgebung abgebildet wird. Die Normalsichtigkeit
oder das Nicht-Vorhandensein eines Brechungsfehlers ist somit
durch den Fokuspunkt des Lichts gekennzeichnet, das aus unendlichem
Abstand in das Auge eintritt und fokussiert auf die Netzhaut fällt.
Aufgrund von Brechungsfehlern des Auges leiden viele Menschen an
Fehlsichtigkeit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Fokuspunkt des
Lichts nicht auf die Netzhaut, sondern auf einen Punkt kurz davor
(Kurzsichtigkeit) oder auf einen Punkt kurz dahinter (Weitsichtigkeit)
fällt. Ein solcher Fehler der Brechkraft erster Ordnung kann mit einer
sphärisch ausgebildeten Linse korrigiert werden, so dass durch die
Kombination der sphärischen Linse mit dem Linsensystem des Auges
erreicht wird, dass das Licht dadurch auf die Netzhaut fokussiert wird.
Diesem Brechkraftfehler erster Ordnung kann auch ein Brechkraftfehler
zweiter Ordnung, ein sogenannter Astigmatismus überlagert sein. Der
Astigmatismus ergibt sich, wenn das Auge in unterschiedlichen Meridianen
unterschiedliche Brechungsfehler aufweist. Einen solchen Brechkraftfehler
zweiter Ordnung kann man durch die zusätzliche Kombination
einer zylindrischen Linse zu der sphärischen Linse ausgleichen. Bei
der Herstellung von zum Ausgleich der Brechkraftfehler erster und
zweiter Ordnung geeigneter Brillengläser ist es deshalb üblich einen
Parametersatz mit drei Parametern anzugeben, um die Brechkraftfehler
erster und zweiter Ordnung eindeutig beschreiben. Der erste Brechkraftparameter
D1 gibt die Brechkraft des Auges in Richtung der ersten
Hauptachse an. Der zweite Brechkraftparameter D2 gibt die Brechkraft
des Auges an der zweiten Hauptachse an. Die Brechkraftparameter D1
und D2 werden üblicherweise in Dioptrien angegeben. Der dritte Brechkraftparameter
α gibt den Winkel der Hauptachsen relativ zur Vertikalen
beziehungsweise zur Horizontalen an und entspricht letztendlich dem
Winkel, unter dem die Längsachse der Zylinderlinse relativ zur Vertikalen
beziehungsweise Horizontalen verläuft.
Mit den bekannten Augenrefraktometern können die verschiedenen
Brechkraftparameter des Auges objektiv vermessen werden. Dazu ist bei
jedem Augenrefraktometer ein Optometersystem zur Abbildung einer
Testmarke auf die Netzhaut des Auges und ein Beobachtungssystem zur
Beobachtung der auf die Netzhaut abgebildeten Testmarke vorhanden.
Ein geeigneter Strahlenteiler sorgt dabei für eine Trennung des in das
Auge einfallenden Strahlengangs (Optometersystem) vom aus dem Auge
austretenden Strahlengang (Beobachtungssystem). Optometersystem und
Beobachtungssystem können unter entsprechender Änderung ihrer optischen
Eigenschaften synchron zueinander relativ zu einer bestimmten
Referenzstellung verstellt werden. Die Referenzstellung entspricht dabei
der Einstellung, bei der die Testmarke unter Verwendung eines Prüfkörpers,
dessen optische Eigenschaften einem Idealauge ohne Brechkraftfehler
entspricht, vom Optometersystem fokussiert abgebildet und durch das
Beobachtungssystem konturscharf beobachtet werden kann. Wird dann
ein Auge mit Brechkraftfehler durch den Augenrefraktometer betrachtet,
so wird die Testmarke in der Referenzstellung des Augenrefraktometers
unscharf auf der Netzhaut abgebildet und entsprechend unscharf durch
das Beobachtungssystem beobachtet.
Bei der Messung wird dann des Optometersystem und das Beobachtungssystem
so lange synchron verstellt, bis die Testmarke auf der Netzhaut
fokussiert abgebildet und konturscharf durch das Beobachtungssystem
beobachtet werden kann. Aus der Differenz dieser Einstellung zur Referenzstellung
kann dann ein Brechkraftparameter bestimmt werden.
Sind an dem Auge auch Brechkraftfehler höherer Ordnung vorhanden, so
wird die Testmarke in verschiedenen Stellungen, deren Anzahl der
Ordnungszahl des Brechkraftfehlers entspricht, jeweils teilweise konturscharf
auf der Netzhaut abgebildet. Aus dieser Erkenntnis heraus können
auch Brechkraftfehler höherer Ordnung durch entsprechende Einstellung
des Augenrefraktometers ermittelt werden.
Zur Messung des Winkels α, der die Stellung der Hauptachsen relativ zur
Horizontalen beziehungsweise Vertikalen angibt, kann beispielsweise
eine sogenannte "Raubitscheck-Kurve" als Testmarke verwendet werden.
Das Verschwenken dieser "Raubitscheck-Kurve" in der Stellung, in der
die Testmarke das erste Mal auf der Netzhaut fokussiert wird, erlaubt die
Bestimmung des Winkels α.
Aus der US 4,410,243 und der DE 30 14 907 A1 sind jeweils Augenrefraktometer
bekannt, bei denen im Beobachtungssystem ein beziehungsweise
zwei Okulare vorgesehen sind, durch die hindurch der
Behandler die auf die Netzhaut abgebildete Testmarke beobachten kann.
Nachteilig an diesen Systemen ist es, dass die Messung der Brechkraftfehler
für den Behandler relativ anstrengend ist und außerdem die Messgenauigkeit
von der Sorgfalt des jeweiligen Behandlers abhängt.
Aus der DE 30 37 481 C2 und der DE 31 02 450 C2 sind jeweils Augenrefraktometer
bekannt, bei denen im Beobachtungssystem Einrichtungen
zur elektronischen Messsignalverarbeitung vorgesehen sind. Dadurch
wird es durch entsprechende Auswertung der elektronischen Messsignale
möglich, die Einstellungen des Augenrefraktometers festzustellen, in
denen die Testmarke auf der Netzhaut fokussiert ist. Nachteilig an diesen
Geräten ist es, dass sie einen hohen gerätetechnischen Aufwand erfordern
und vielfach nur eine unzureichende Messqualität bieten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein neues Augenrefraktometer
vorzuschlagen, das die Nachteile des bekannten Stands der
Technik vermeidet. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
Verfahren zur Benutzung eines Augenrefraktometers anzugeben, mit dem
in einfacher Weise sehr gute Messergebnisse erreicht werden können.
Diese Aufgabe wird durch das Augenrefraktometer beziehungsweise das
Verfahren zur Benutzung eines Augenrefraktometers gemäß der Lehre
der beiden unabhängigen Hauptansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist am Beobachtungssystem des Augenrefraktometers
eine digitale Aufnahmeeinrichtung vorgesehen, die mit einer Bildverarbeitungseinheit
verbunden ist. Die Bildverarbeitungseinheit kann beispielsweise
in der Art eines Standardrechners ausgebildet sein, auf dem
eine entsprechend geeignete Software installiert ist. Alternativ dazu sind
auch hardwaremäßig realisierte Bildverarbeitungseinheiten denkbar.
Entsprechend der normalen Funktion des Augenrefraktometers wird die
Testmarke auf die Netzhaut des Auges abgebildet und mittels der digitalen
Aufnahmeeinrichtung aufgenommen. Die so erhaltenen digitalen
Bilddaten der auf die Netzhaut abgebildeten Testmarke werden in der
Bildverarbeitungseinheit ausgewertet um einen oder mehrere Brechkraftparameter
des Auges festzustellen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die digitale
Aufnahmeeinrichtung in der Art eines CCD-Chips ausgebildet. Derartige
CCD-Chips weisen ein ausreichend hohes Auflösungsvermögen auf und
sind kostengünstig verfügbar.
In welcher Weise die synchrone Verstellung von Optometersystem und
Beobachtungssystem erfolgt, ist grundsätzlich beliebig. Aus dem Stand
der Technik sind verschiedenste Möglichkeiten zur Verstellung von
Optometersystem und Beobachtungssystem und der Synchronisation der
beiden Stellbewegungen bekannt. Ein besonders einfacher konstruktiver
Aufbau des Augenrefraktometers lässt sich erzielen, wenn am Augenrefraktometer
eine linear verstellbare Stelleinheit vorgesehen ist, auf der
ein erstes und ein zweites Umlenkelement befestigt sind. Das erst Umlenkelement
ist dabei im Strahlengang des Optometersystems angeordnet,
wohingegen das zweite Umlenkelement im Strahlengang des Beobachtungssystems
angeordnet ist. Die beiden Umlenkelemente sind dabei
derart gestaltet und angeordnet, dass durch die lineare Verstellung der
Stelleinheit die Länge des Strahlenganges im Optometersystem und im
Beobachtungssystem verändert wird. Da beide Umlenkelemente in
gleicher Weise fest mit der Stelleinheit verbunden sind, wird durch die
einfache lineare Verstellung der Stelleinheit eine synchrone Längenänderung
im Strahlengang des Optometersystems und des Beobachtungssystems
realisiert.
Zur konstruktiven Realisierung der beiden Umlenkelemente sind eine
Vielzahl von Ausführungsformen denkbar. Nach einer bevorzugten
Ausführungsform werden die Umlenkelemente jeweils von zwei Reflektionselementen,
beispielsweise Spiegeln oder Spiegelprismen gebildet,
die im Strahlengang des Optometersystems beziehungsweise des Beobachtungssystems
angeordnet sind. Die beiden Reflexionselemente
bilden dabei im jeweiligen Strahlengang einen Posaunenzug, das heißt,
der Lichtstrahl wird an den Reflexionselementen um zwei Mal 90°
abgelenkt, wobei der Abstand zwischen dem am ersten Reflexionselement
einfallenden Lichtstrahl und dem am zweiten Reflexionselement
abgestrahlten Lichtstrahl konstant bleibt. Durch eine solche posaunen-zugartige
Umlenkung des Lichts im Strahlengang des Optometersystems
beziehungsweise Beobachtungssystems ist es in einfacher Weise möglich,
durch lineare Verstellung der auf der Stelleinheit paarweise angeordnete
Reflexionselemente die Länge des jeweiligen Strahlengangs zu
verändern.
Um die Anforderungen an die Fertigungstoleranzen absenken zu können,
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Umlenkelemente auf der Stelleinheit
justierbar gelagert sind. Dadurch wird es möglich, bei der Montage
des Augenrefraktometers die Umlenkelemente exakt auf der Stelleinheit
zu justieren, um genaue Messungen zu ermöglichen. Auch bei der
Feststellung von späteren Messfehlern kann durch entsprechende
Justierung der Umlenkelemente Abhilfe geschaffen werden.
Von entscheidender Bedeutung für die exakte Messung der Brechkraft
des Auges ist es, dass die Länge des Strahlengangs im Beobachtungssystem
exakt mit der Länge des Strahlengangs im Optometersystem übereinstimmt.
Um diese exakte Übereinstimmung der Länge der beiden Strahlengänge
auch bei entsprechend unterschiedlichen Strahlengangführungen
realisieren zu können, kann zwischen dem ersten Umlenkelement und
dem zweiten Umlenkelement ein Versatz in der Stellrichtung vorhanden
sein. Dieser Versatz bewirkt einen fest voreingestellten Offset, durch
den Unterschiede in der Länge anderer Strahlengangabschnitte ausgeglichen
werden können.
In welcher Weise die Stelleinheit zur Verstellung angetrieben wird, ist
grundsätzlich beliebig. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird
die Stelleinheit jedoch mit einem elektronischen Servomotor angetrieben.
An derartigen Servomotoren kann die jeweilige Ist-Stellung sensorisch
abgegriffen und als entsprechender Einstellungswert des Augenrefraktometers
an die Auswerteeinheit weitergeleitet werden. Außerdem
können solche Servomotoren lagegeregelt werden, damit die Stelleinheit
exakt vorgegebene Positionen anfahren kann, in denen dann jeweils eine
digitale Bildaufnahme der auf die Netzhaut abgebildeten Testmarke
gemacht wird. Der Servomotor kann dabei in der Art eines Schrittmotors
betrieben werden können, so dass die Verstellung der Stelleinheit in
äquidistanten Schritten entlang des Stellweges erfolgen kann. An den
äquidistant voneinander entfernten Haltepunkten der Stelleinheit wird
dann jeweils eine digitale Bildaufnahme gemacht, die nachfolgend in der
Auswerteeinheit ausgewertet werden kann.
Zur Feststellung des Hauptachsenwinkels α kann beispielsweise die
sogenannte "Raubitscheck-Kurve" verwendet werden. Diese spezielle
Testmarke erfordert jedoch die Verstellung durch einen erfahrenen
Behandler, was relativ zeitaufwändig ist. Es wird deshalb vorgeschlagen,
als Testmarke ein mittelpunktsymmetrisches Konturbild mit mehreren
sich vom Mittelpunkt nach außen erstreckenden Konturübergängen zu
verwenden. Dabei sollte die Testmarke vorzugsweise eine Vielzahl von
abwechselnd angeordneten Hell- und Dunkelfeldern aufweisen. Insbesondere
Testmarken, deren Gestalt einem "Siemensstern" entsprechen,
sind zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Augenrefraktometer
geeignet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Augenrefraktometers
zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst bei unterschiedlichen Einstellungen
des Optometersystems beziehungsweise des Beobachtungssystems
mit der digitalen Aufnahmeeinrichtung mehrere digitale Bilddatensätze
aufgenommen und zusammen mit den jeweils zugeordneten Einstellparametern
gespeichert werden. Ist zur Verstellung des Optometersystems
beziehungsweise des Beobachtungssystems beispielsweise eine linear
verstellbare Stelleinheit vorgesehen, so wird diese Stelleinheit entlang
dem Stellweg verfahren, wobei an bestimmten Haltepunkten jeweils eine
Aufnahme der auf die Netzhaut abgebildeten Testmarke gemacht wird.
Jede dieser digitalen Aufnahmen bildet einen Bilddatensatz und wird
zusammen mit der jeweiligen Einstellung gespeichert, das heißt im
Beispiel mit dem entsprechenden linearen Stellwert.
Die so erhaltenen Bilddatensätze werden erfindungsgemäß in einer
Bildverarbeitungseinheit durch digitale Bildverarbeitung ausgewertet.
Die Bildverarbeitung kann dabei nach einer ersten Ausführungsform in
Echtzeit erfolgen, so dass die Bilddatensätze parallel zur Aufnahme
durch die digitale Aufnahmeeinrichtung in der Bildverarbeitungseinheit
ausgewertet werden. Eine solche Echtzeitverarbeitung erfordert jedoch
eine sehr hohe Rechenleistung. Steht eine solche Rechenleistung nicht
zur Verfügung, werden die Bilddatensätze zunächst abgespeichert und
erst nach Abschluss der Aufnahme von allen Bilddatensätzen ausgewertet.
Dies ermöglicht es, dass die Aufnahmen sehr schnell gemacht werden,
so dass der Behandelte seine Augen nur relativ kurz vor dem Augenrefraktometer
positionieren muss.
Durch Anwendung entsprechend geeigneter Berechnungsmethoden wird
in der Bildverarbeitungseinheit jedem Bilddatensatz zumindest eine
Konturschärfenbewertung zugeordnet. Dies bedeutet mit anderen Worten,
dass durch die Bildverarbeitungseinheit die konturscharfe Abbildung der
Testmarke auf die Netzhaut bewertet und mit einem oder mehreren
Parametern klassifiziert wird.
Liegen für alle Bilddatensätze die Parameter zur Konturschärfenbewertung
vor, so werden diese in einer Auswerteeinheit, die beispielsweise
durch eine auf einem Standartrechner installierte Software realisiert sein
kann, ausgewertet. Durch die Auswerteeinheit wird dann festgestellt, für
welche Einstellungen des Augenrefraktometers es relative Maximalwerte
für die Konturschärfenbewertung gibt. Diese relativen Maxima der
Konturschärfenbewertung sind nämlich für die Brechkraft des Auges
charakteristisch, so dass in der Auswerteeinheit aus der Differenz zwischen
den Einstellungen, in denen es relative Maximalwerte für die
Konturschärfenbewertung gibt, und der Referenzstellung Brechkraftparameter
des untersuchten Auges abgeleitet werden können.
In der Augenheilkunde werden üblicherweise nur Brechkraftfehler erster
und zweiter Ordnung berücksichtigt. Es ist deshalb besonders vorteilhaft,
wenn in der Auswerteeinheit die Bilddatensätze mit den beiden höchsten
relativen Maximalwerten festgestellt werden. Aus den Einstellungen des
Augenrefraktometers, die diesen relativen Maximalwerten zugeordnet
sind, lassen sich die Brechkraftparameter in den beiden Brechkrafthauptachsen
ableiten, so dass die Angabe der üblichen Parameter zur Herstellung
der für die Korrektur des Brechkraftfehlers notwendigen sphärozylindrischen
Linse schnell umrechenbar ist.
Soll neben den beiden Dioptrienwerten für die Brechkraftkorrektur in
den beiden Hauptachsen auch noch der Winkel α ermittelt werden, so
kann eine vorzugswürdige Verfahrensvariante angewendet werden. Bei
dieser Verfahrensvariante wird als Testmarke ein mittelpunktsymmetrisches
Konturbild mit mehreren sich von vom Mittelpunkt nach außen
erstreckenden Konturübergängen verwendet. Weist das untersuchte Auge
einen Brechkraftfehler zweiter Ordnung auf, so führt dies dazu, dass
dieses mittelpunktsymmetrische Konturbild bei keiner Einstellung des
Augenrefraktometers vollständig fokussiert abgebildet wird. Vielmehr
sind auch die Bilddatensätze mit den relativen Maximalwerten für die
Konturschärfebewertung nur bereichsweise konturscharf sind. Andere
Bereiche werden dagegen auch bei diesen Bilddatensätzen mit relativen
Maximalwerten für die Konturschärfenbewertung nur leicht verschwommen
abgebildet. Um den Winkel α abzuleiten, wird nun in den Bilddatensätzen
mit relativen Maximalwerten für die Konturschärfebewertung der
jeweilige Konturübergang gesucht, an dem die Testmarke mit maximaler
Konturschärfe abgebildet wurde. Aus der Winkeldifferenz γ zwischen
diesem Konturübergang mit maximaler Konturschärfe und der Vertikalen
beziehungsweise Horizontalen wird dann der Winkel α abgeleitet.
Für die bei Durchführung des Verfahrens erforderliche Konturschärfenbewertung
der Bilddatensätze können verschiedene Berechnungsalgorithmen
eingesetzt werden.
Ist an dem Augenrefraktor eine Fixationsbeleuchtung zur Fixation des
Auges in einer Lage vorgesehen ist, in der mit dem Beobachtungssystem
der Fundus des Auges, insbesondere der Nervenfaserkopf, aufgenommen
werden kann, so kann der Augenrefraktor ohne größere zusätzliche
Maßnahmen als Funduskamera benutzt werden. Zur unstrukturierten
Beleuchtung des Fundus muss lediglich eine entsprechend geeignete
Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein. Durch entsprechende Auswertung
der Bilddaten kann insbesondere auch die Tiefe der Exkavitation
des Nervenfaserkopfs bestimmt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft
erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1:
- ein normalsichtiges Auge im schematischen Querschnitt;
- Fig. 2:
- ein kurzsichtiges Auge im schematischen Querschnitt;
- Fig. 3:
- ein weitsichtiges Auge im schematischen Querschnitt;
- Fig. 4:
- eine sphäro-zylindrische Korrekturlinse zur Korrektur von
Brechkraftfehlern erster und zweiter Ordnung in schematischer
Ansicht von vorne;
- Fig. 5:
- ein Augenrefraktometer in schematischer Ansicht von oben;
- Fig. 6:
- ein schematisiertes Messdiagramm der Konturschärfenbewertung
verschiedener Aufnahmen der Testmarke angetragen über
den Stellweg des Augenrefraktometers;
- Fig. 7:
- das Konturbild einer zur Abbildung auf die Netzhaut des Auges
geeigneten Testmarke;
- Fig. 8:
- eine schematisierte Bildaufnahme der Abbildung der in Fig. 7
dargestellten Testmarke auf die Netzhaut.
Fig. 1 stellt den Zustand eines schematisch im Querschnitt dargestellten
Auges 01 bei Normalsichtigkeit dar. Wie in Fig. 1 dargestellt, treten die
Lichtstrahlen 02 parallel verlaufend aus dem Unendlichen kommend über
die Hornhaut 03 in das Auge 01 ein, verlaufen durch die Hornhaut 03,
das Kammerwasser 04, die Linse 05 und den Glaskörper 06. Die Lichtstrahlen
02 werden durch das Brechungsvermögen der Hornhaut 03, des
Kammerwassers 04, der Linse 05 und des Glaskörpers 06 auf einen
Fokuspunkt fokussiert, der im Falle der Normalsichtigkeit, wie in Fig. 1
dargestellt, auf der Netzhaut 07 des Auges 01 liegt.
Ist ein Auge 08, wie in Fig. 2 dargestellt, dagegen kurzsichtig, so werden
die aus dem Unendlichen parallel einfallenden Lichtstrahlen 02 nicht
auf der Netzhaut 07, sondern kurz davor fokussiert, so dass auf der
Netzhaut 07 nur eine unscharfe Abbildung entsteht.
Ist ein Auge 09 dagegen, wie in Fig. 3 dargestellt, weitsichtig, so erfolgt
die Fokussierung der aus dem Unendlichen parallel einfallenden Lichtstrahlen
02 kurz hinter der Netzhaut 07, was wiederum zu einer verschwommenen
Abbildung auf der Netzhaut 07 führt.
Die in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Fehlsichtigkeiten werden als
Brechkraftfehler erster Ordnung bezeichnet und können durch Tragen
von sphärisch ausgebildeten Brillenlinsen korrigiert werden. Die entsprechende
sphärische Brillenlinse ist dabei so zu gestalten, dass die
Fokussierung der aus dem Unendlichen parallel einfallenden Lichtstrahlen
jeweils auf der Netzhaut 07 erfolgt.
Neben den in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Brechkraftfehlern erster
Ordnung können am Auge auch noch Brechkraftfehler zweiter Ordnung
auftreten. Derartige Brechkraftfehler zweiter Ordnung bedeuten, dass die
Brechkraft des Auges nicht überall gleich ist, sondern vom Winkel
relativ zur Vertikalen beziehungsweise Horizontalen abhängt. Derartige
Brechkraftfehler zweiter Ordnung können durch eine zylindrische Korrekturlinse
ausgeglichen werden. Bei üblichen Sehhilfen, wie Brillen
oder Kontaktlinsen, werden deshalb zu deren Herstellung drei Brechkraftparameter
angegeben. Der erste Brechkraftparameter D1 gibt die
Brechkraft der sphärischen Korrekturlinse an. Der Brechkraftparameter
D2 gibt die Brechkraft der zylindrischen Korrekturlinse an. Die Angabe
der Brechkraft erfolgt dabei in Dioptrien. Der dritte Brechkraftparameter
gibt den Winkel α an, unter dem sich die Mittelachse der zylindrischen
Korrekturlinse relativ zur Horizontalen beziehungsweise zur Vertikalen
erstreckt.
In Fig. 4 ist eine schematisch dargestellte sphäro-zylindrische Korrekturlinse
in Ansicht von vorne dargestellt. Man erkennt, dass die Korrekturlinse
aus einer sphärischen Korrekturlinse 10 und einer davor beziehungsweise
dahinter angeordneten zylindrischen Korrekturlinse 11
kombiniert ist. Zur Beschreibung der in Fig. 4 dargestellten Korrekturlinse
muss die Brechkraft der sphärischen Korrekturlinse 10, die Brechkraft
der zylindrischen Korrekturlinse 11 und der Winkel α zwischen der
Mittelachse 12 der zylindrischen Korrekturlinse und der Horizontalen
(beziehungsweise Vertikalen) angegeben werden.
In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßes Augenrefraktometer 13 in schematischer
Ansicht von oben dargestellt. Das Augenrefraktometer 13 weist ein
Optometersystem auf, mit dem ein Strahlengang 14 auf die Netzhaut
eines zu untersuchenden Auges 15 gerichtet werden kann. Weiter weist
das Augenrefraktometer 13 ein Beobachtungssystem auf, so dass über
einen Strahlengang 15 die Netzhaut des untersuchten Auges beobachtet
werden kann.
Das Optometersystem des Augenrefraktometers 13 wird im Wesentlichen
von einer Lichtquelle 16, die beispielsweise in der Art einer LED-Beleuchtungseinrichtung
ausgebildet sein kann, einem Testmarkenhalter
17 mit darin befestigter Testmarke 18 (siehe Fig. 7), zwei feststehend
montierten Reflektorelementen 19, einem Trägerelement 20 mit zwei
darin befestigten Linsen 21 und 22, einem ersten Umlenkelement 23 mit
zwei darauf befestigten Reflexionselementen 24 und 25 und einem
Spiegelprisma 26 gebildet. Die Lichtquelle 16, der Testmarkenhalter 17,
die Reflektorelemente 19, das Trägerelement 20 mit den Linsen 21 und
22 und das Spiegelprisma 26 sind feststehend auf einer Grundplatte 51
montiert. Das Umlenkelement 23 mit den Reflexionselementen 24 und 25
dagegen ist justierbar auf einer in der Art eines Schlittens ausgebildeten
Stelleinheit 27 befestigt. Die Stelleinheit 27 steht über eine Spindelmutter
28, eine Antriebsspindel 29 und ein Getriebe 30 mit einem Servomotor
31 im Eingriff, so dass durch Antrieb des Servomotors 31 die Stelleinheit
27 in Richtung des Bewegungspfeils 32 verstellt werden kann.
Dazu ist die Stelleinheit 27 auf zwei Schienen 33 und 34, die justierbar
auf der Grundplatte 51 befestigt sind, linear verstellbar gelagert.
Wie man aus dem Strahlengang 14 des Optometersystems erkennt, tritt
das von der Lichtquelle 16 abgestrahlte Licht durch den Testmarkenhalter
17, so dass ein Konturbild der dort angebrachten Testmarke 18
entsteht. Durch Reflexion an den Reflektorelementen 19, 24, 25 und an
den Reflexionsflächen des Spiegelprismas 26 wird der Lichtstrahl auf die
Netzhaut des Auges 15 gelenkt, so dass dort das Konturbild der Testmarke
18 abgebildet wird. Die Länge des Strahlengangs 14 kann durch
Verstellung der Stelleinheit 27 verlängert beziehungsweise verkürzt
werden. Die Anordnung der Reflexionselemente 24 und 25 des ersten
Umlenkelements 23 relativ zum linken Reflektorelement 19 und zum
Spiegelprisma 26 bilden dazu einen sogenannten Posaunenzug. Eine
Verstellung der Stelleinheit 27 um eine Maßeinheit bewirkt deshalb eine
Verkürzung beziehungsweise Verlängerung des Strahlengangs 14 um
jeweils genau zwei Maßeinheiten.
Das Beobachtungssystem des Augenrefraktometers 13 wird von einem
Trägerelement 35 mit zwei darin befestigten Linsen 36 und 37, einem
zweiten Umlenkelement 38 mit zwei darauf befestigten Reflexionselementen
39 und 40, einem Reflexionselement 41 und einer digitalen
Aufnahmeeinrichtung 42, die in der Art eines CCD-Chips ausgebildet ist,
gebildet.
Wie man aus dem Strahlengang 15 des Beobachtungssystems erkennen
kann, wird das auf die Netzhaut des Auges A abgebildete Konturbild an
der Netzhaut reflektiert und kann durch Reflexion an den Reflexionselementen
39, 40 und 41 mittels der Aufnahmeeinrichtung 42 beobachtet
werden. Das Trägerelement 35 mit den Linsen 36 und 37 und das Reflexionselement
41 sind wiederum feststehend auf der Grundplatte 51
montiert. Das zweite Umlenkelement 38 mit den Reflexionselementen 39
und 14 ist entsprechend dem ersten Umlenkelement 23 justierbar auf der
Stelleinheit 27 befestigt und kann somit durch Antrieb des Servomotors
31 synchron zum ersten Umlenkelement 23 verstellt werden. Dadurch,
dass beide Umlenkelemente 23 und 38 gemeinsam auf der Stelleinheit 27
befestigt sind und jeweils einen posaunenzugartigen Strahlengangabschnitt
bilden, wird die Synchronisation der Einstellung des Optometersystems
und des Beobachtungssystems außerordentlich vereinfacht, da
eine mechanische Koppelung der beiden Systeme zur synchronen Übertragung
der Stellbewegung entfällt. Da der Strahlengang 14 und der
Strahlengang 15 exakt gleich lang sein muss, sind die Umlenkelemente
23 und 38 mit einem Versatz 43 auf der Stelleinheit 27 befestigt. Durch
den Versatz 43 werden die Lauflängenunterschiede der Strahlengänge 14
und 15, die sich aus der unterschiedlichen Anordnung der verschiedenen
Reflexionselemente ergeben, ausgeglichen.
Da die Strahlengänge 14 und 15 jeweils zwei Linsen 21 und 22 beziehungsweise
36 und 37 durchlaufen, bewirkt eine Verstellung der Stelleinheit
27 und die damit verbundene Verkürzung beziehungsweise
Verlängerung der Strahlengänge 14 und 15 eine Veränderung der Fokussierung
im Optometersystem und im Beobachtungssystem. Diese Verstellung
der Fokussierung erfolgt dabei jeweils synchron zueinander, da
aufgrund der gemeinsamen Anordnung der Umlenkelemente 23 und 38
auf der Stelleinheit 27 die Änderung der Lauflänge in den Strahlengängen
14 und 15 jeweils exakt gleich ist.
Vor Einsatz des Augenrefraktometers 13 muss dieses zunächst kalibriert
werden. Dazu wird anstelle des Auges A ein Testkörper eingesetzt,
dessen optische Eigenschaften einem Idealauge ohne Brechkraftfehler
entspricht. Anschließen wird die Stelleinheit 27 entlang des Stellweges
so lange verstellt, bis von der Aufnahmeeinrichtung 42 ein konturscharfes
Bild der abgebildeten Testmarke 18 aufgenommen wird. Die entsprechende
Stellung der Stelleinheit 27 wird als Referenzstellung beziehungsweise
Nullstellung gespeichert.
Zur Messung der Brechkraftparameter eines Auges A wird dann wie folgt
vorgegangen:
Zunächst wird die Stelleinheit 27 durch Antrieb des Servomotors 31 bis
zur hinteren Begrenzung des Stellbereichs verfahren, was der in Fig. 5
dargestellten Position entspricht. Danach wird das Auge A vom Behandler
relativ zur Grundplatte 51 des Augenrefraktometers 13 ausgerichtet.
Dazu benutzt der Behandler eine Einrichtung 44, durch die eine direkte
Beobachtung des Auges 15 durch Umlenkung am Spiegelprisma 26
ermöglicht wird. Anschließend wird mittels der Einrichtung 44 von oben
eine Fixiermarke über das Spiegelprisma 26 ins Auge A eingeblendet, um
die Pupille des Auges in einer vorgegebenen Achse zu fixieren.
Nachdem das Auge A auf diese Weise optimal ausgerichtet worden ist,
wird die Lichtquelle 16 aktiviert um die Testmarke 18 auf der Netzhaut
des Auges 15 über den Strahlengang 14 abzubilden. Diese Abbildung auf
der Netzhaut wird durch den Strahlengang 15 von der Aufnahmeeinrichtung
42 beobachtet, so dass mit der Aufnahmeeinrichtung 42 ein digitales
Bild angefertigt werden und als erster Bilddatensatz gespeichert
werden kann. Anschließend wird die Stelleinheit 27 um einen bestimmten
Betrag in Richtung des Bewegungspfeils 32 nach vorne verfahren und
in einem bestimmten Abstand zur Startposition erneut angehalten. Mit
dieser neuen Fokussierung der Strahlengänge 14 und 15 wird erneut eine
digitale Bildaufnahme mit der Aufnahmeeinrichtung 42 aufgenommen
und als weiterer Bilddatensatz gespeichert. In dieser Weise wird die
Stelleinheit dann anschließend in einer Vielzahl von äquidistanten
Schritten nach vorne gefahren, wobei an jedem einzelnen Haltepunkt mit
der Aufnahmeeinrichtung 42 ein digitales Bild der auf die Netzhaut
abgebildeten Testmarke 18 aufgenommen und gespeichert wird. Bei der
Speicherung der Bilddatensätze werden außerdem jedem Bilddatensatz
auch noch die Stellung der Stelleinheit 27 beziehungsweise des Servomotors
31 relativ zur Referenz- oder Nullstellung beigegeben und entsprechend
zugeordnet abgespeichert. Sobald die Stelleinheit 27 das
vordere Ende des Stellbereichs erreicht hat, kann der Behandelte das
Auge A wieder aus der fixierten Stellung entfernen. Nach Abschluss
dieses Aufnahmezyklussees steht ein Datenbestand zur Verfügung, der
aus einer Vielzahl von digitalen Bildaufnahmen der auf die Netzhaut
abgebildeten Testmarke 17 besteht, wobei jeder Bildaufnahme eine
bestimmte Stellung der Stelleinheit 27 relativ zur Referenz- oder Nullstellung
zugeordnet ist.
Im nächsten Schritt werden die einzelnen Bilddatensätze durch eine
Bildverarbeitungseinheit, die beispielsweise durch Installation einer
geeigneten Software auf einem Standartrechner realisiert sein kann,
analysiert. Durch entsprechend geeignete Analysealgorithmen werden
dabei jedem Bilddatensatz zumindest ein Wert Y zugeordnet. Durch Y
wird dabei die Konturschärfe des Bildes klassifiziert, das durch den
Bilddatensatz repräsentiert wird.
In Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm dargestellt, in dem die Konturschärfebewertung
Y der verschiedenen in einem Messzyklus Bilddatensätze
über den Stellbereich der Stelleinheit 27 angetragen sind. Man
erkennt, dass die Werte für die Konturschärfebewertung im Stellbereich
der Stelleinheit 27 zwei relative Maximalwerte 45 und 46 annimmt. Aus
den zugeordneten Stellwerten X1 und X2 der Stelleinheit 27 relativ zu
der beim kalibrieren festgestellten Referenzstellung können die beiden
Brechkraftparameter D1 und D2, durch die die Brechkraft der sphärozylindrischen
Korrekturlinse bestimmt ist, abgeleitet werden.
Um auch den Winkel α aus den Messungen mit dem Augenrefraktometer
13 ableiten zu können, wird die in Fig. 8 dargestellte Testmarke verwendet.
Die Testmarke 18 ist in der Art eines Siemens-Sterns mit einer
Vielzahl von abwechselnd angeordneten Hell- und Dunkelfeldern 47 und
48 ausgebildet. Die Hell- und Dunkelfelder 47 und 48 sind kreissegmentförmig
ausgebildet, so dass im Ergebnis eine mittelpunktsymmetrische
Kontur mit sich nach außen erstreckenden Konturübergängen 49 entsteht.
Die in Fig. 8 dargestellte digitale Bildaufnahme 50 zeigt die Aufnahme
der Testmarke 18, wie sie an der Position X2, dass heißt, beim niedrigeren
relativen Maximalwert 46, aufgenommen wurde. Die Darstellung in
Fig. 8 ist dabei lediglich beispielhaft zu verstehen, da bei einer realen
Bildaufnahme durch die Brechkraftfehler zweiter Ordnung des Auges A
nur Teilbereiche der Testmarke 18 konturscharf abgebildet werden,
wohingegen andere Bereiche leicht verschwimmen.
Durch geeignete Bildverarbeitungsalgorithmen wird in der digitalen
Bildaufnahme 50 der Konturübergang 49 a festgestellt, der die relativ
höchste Konturschärfe im Bild 50 aufweist. Aus dem Winkel γ zwischen
der Vertikalen beziehungsweise Horizontalen kann dann durch geeignete
Umrechnung ein Brechkraftparameter, nämlich Winkel α, abgeleitet
werden.
Bezugszeichenliste
- 01
- Auge (normalsichtig)
- 02
- Lichtstrahl
- 03
- Hornhaut
- 04
- Kammerwasser
- 05
- Linse
- 06
- Glaskörper
- 07
- Netzhaut
- 08
- Auge (kurzsichtig)
- 09
- Auge (weitsichtig)
- 10
- Sphärische Korrekturlinse
- 11
- Zylindrische Korrekturlinse
- 12
- Mittelachse (Zylindrische
Korrekturlinse)
- 13
- Augenrefraktometer
- 14
- Strahlengang Optometersystem
- 15
- Strahlengang
Beobachtungssystem
- 16
- Lichtquelle (LED)
- 17
- Testmarkenhalter
- 18
- Testmarke
- 19
- Reflektorelement
- 20
- Trägerelement
- 21
- Linse
- 22
- Linse
- 23
- Erstes Umlenkelement
- 24
- Reflektorelement
- 25
- Reflektorelement
- 26
- Spiegelprisma
- 27
- Stelleinheit
- 28
- Spindelmutter
- 29
- Antriebsspindel
- 30
- Getriebe
- 31
- Servomotor
- 32
- Stellrichtung
- 33
- Schiene
- 34
- Schiene
- 35
- Trägerelement
- 36
- Linse
- 37
- Linse
- 38
- Zweites Umlenkelement
- 39
- Reflektorelement
- 40
- Reflektorelement
- 41
- Reflektorelement
- 42
- Digitale Aufnahmeeinrichtung
- 43
- Versatz zwischen erstem und zweitem
Umlenkelement
- 44
- Einrichtung zur Einblendung einer
Fixiermarke und zur direkten Beobachtung
des Auges
- 45
- Erster relativer Maximalwert der
Konturschärfebewertung Y
- 46
- Zweiter relativer Maximalwert der
Konturschärfebewertung Y
- 47
- Hellfeld der Testmarke
- 48
- Dunkelfeld der Testmarke
- 49
- Konturübergang
- 50
- Digitale Bildaufnahme
- 51
- Grundplatte
- A
- Auge